重力勘探的理论基础分解
地球物理勘探 3 重力勘探
重力勘探一重力勘探的理论基础重力勘探（gravity exploration\prospecting）是以地壳中不同岩（矿）石之间的密度差异为基础，通过观测和研究天然重力场的变化规律，以查明地质构造和寻找有用矿产的物探方法。
地球的重力场是一种天然力场。
组成地壳的各种岩(矿)石之间具有密度差异,这种差异会使地球的重力场发生局部变化, 从而引起地球重力异常。
当我们在某一地区进行观测并发现重力异常时,对异常进行分析计算,就能推断引起该重力异常的地下物质分布情况,从而达到地质勘查的目的应用领域：可以研究区域和深部地质构造，也可以研究局部地质异常体。
在石油勘探中主要用于探查与油气生成、运移和聚集有关的各种地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内部的构造形态，盐丘、侵入体等局部地质现象，也可以直接研究油气藏。
重力勘探的发展：重力勘探的前身是研究地球形状的重力测量学。
人们对于重力现象的认识过程经历了两次飞跃。
1、古希腊的伟大学者亚里士多德（Aristotel,公元前384～公元前322年）曾提出：运动物体的下落时间与其重量成比例。
直到16世纪才被伽利略（G.Galileo,1564～1642年）所否定。
他从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正比，而与物体自身的重量无关。
这是人类第一次对重力现象有了科学的认识。
1687年牛顿（1643-1723）在《自然哲学的数学原理》一书中正确阐明了这一现象，从此用g来研究地球重力就正式开始了。
2、里歇（J.Richer,1630～1690年）在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观测时发现重力加速度在各地并非恒值，这一消息被牛顿（I.Newton,1642～1727年）和惠更斯（C.Huygens,1629～1695年）得知后，两人不谋而合地指出：这种现象与他们认为地球是旋转的扁球体的推论相符。
从而在理论上阐明了地球重力场变化的基本规律，使人类对重力现象的实质认识上升到一个新的高度，同时也为至今用重力测量来研究地球形状奠定了基础。
勘查地球物理(1重力勘探)
（1）重力观测是在地球的自然表面上而不是在大地 水准面上进行的（自然表面与大地水准面间的 物质及测点与大地水准面间的高差会引起重力 的变化） （2）地壳内物质密度的不均匀分布；
（3）重力日变化
3、重力异常的物理意义
A △F
△σ g0 △g
△F
大地水准面
σ0
σ
V
g观 g0 F
=σ–σ0
Δg = g观 – g0 ΔF×cosθ
2、常用公式（ 1909年的赫尔默公式：)
g 0 = 9780300(1+ 0.005302sin 2 - 0.000007sin 2 2)
3、地球表面正常重力场的基本特征
（1）正常重力值不是客观存在的，它是人们根 据需要而提出来的； （2）正常重力值只与纬度有关，在赤道处最小 （9780300g.u.），两极处最大 （9832087g.u.），相差约51787 g.u. ； （3）正常重力值随纬度变化的变化率，在纬度 45°处最大，而在赤道和两极处为零； （4）正常重力值随高度增加而减小，其变化率 为-3.086 g.u. /m 。
（二）重力测量原理
m mg h m
s
l
m
0
mg
h 1 2 gt 2
l T 2 g
mg k (s s0 )
g g 2 g1
k ( s2 s1 ) C s m
测定重力绝对值
测定重力相对值
绝 对 重 力 测 量 仪 器
绝对重力测量的简单原理是利用自由落体的运 动规律，在固定或移动点上测量时，有单程下落和 上抛下落两种行程。自由落体为一光学棱镜，利用 稳定的氦氖激光束的波长作为迈克尔逊(Michelson) 干涉仪的光学尺，直接测量空间距离；时间标准是 采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对 比。观测时，仍然还有许多干扰因素影响重力值的 精确测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等 等，对此必须加以分析、控制和校正。
【重力勘探】第一章 重力勘探基础理论
泊松方程和拉普拉斯方程是引力场的基本方程，描述了引力位或引 力场与源质量或密度之间的定量关系。
1.1.3 重力场和重力位
1.1.3.1 重力场 地球重力场是地球周围空间任何一点存在的一种具有重力作用或
重力效应的特殊形态的物质。在数值上等于单位质量所受到的重力，也 即重力加速度。
重力场是分布于地球表面及其邻域空间的一种力场，是引力场和惯 性离心力场的合力场。
,
Wzz
2W z 2
,
2W
2W
2W
Wxy Wyx xy , Wyz Wzy yz , Wxz Wzx xz
重力位二阶导数表示重力分量在坐标方向的空间变化率。
这六个二阶导数中，原来可以用重力扭秤测量的只有四个：Wzx, Wzy, Wxy, W= Wyy- Wxx。Wzx, Wzy 称为重力水平梯度值，Wxy, W= Wyy- Wxx 称为重力等位面曲率值。
重力的大小也可表示为
g gx2 gy2 gz2 1/ 2
1.1.1.3 重力加速度 单位质量的物体所受到的重力，称为重力加速度 g。质量为 m 的物
体所受的重力与重力加速度的关系为： G=mg g=G/m
若 m=1,则 G=g。 在重力勘探中的重力 g 就是单位质量所受的重力，即重力加速度。
G 万有引力常数，6.672x10-11 m3/(kg.s2), 6.672x10-8 cm3/(g.s2)。国际 科学理事会(ICSU)2006 年建议 6.67428x10-11m3/(kg.s2)。
1.1.1.2 重力 地球静止物体受两种力作用：地球及
其他天体（太阳、月亮等）的引力和随地 球自转所产生的惯性离心力。
G
重力勘探
三、重力勘探方法技术
h
h′ ρ0 =2.67 T
t′
t
ρ1 =3.27
艾里均衡模式示意图 The sketch4公里 h=3公里
海面 h ′=5公里
D ρ0 =2.67 ρ=2.57 ρ=2.59 ρ=2.76
补偿深度
普拉特均衡模式示意图 The sketch of Pratt model
剩余异常特征；综合地质背景资料。 ④密度界面的求取
密度界面计算采用Parker法、三维密度多界面反演 法等计算密度界面。 采用二度半人机联合解释方法正演计算剖面。用剖 面所计算的各密度界面深度值，综合有关资料,勾绘 各密度界面埋深图。
三、重力勘探方法技术
5、高精度重力测量所解决的石油地质问题
① 在盆地的分析和区带勘探阶段， 解决祥查区选择问题；
重力场的分离
局部重力异常识别使用的主要图件有 ⑴布格重力异常图 ⑵剩余重力异常图 ⑶重力垂向二次导数异常图 ⑷参考图件地质图。 局部重力异常的识别原则是： 在不同方法的数据处理图件上， 异常现象清晰，异常形态、位置、 范围基本近似并能形成独立封闭的异 常，而且在布格重力异常图上能找到 相应的异常现象。
定远县
3600
桑涧子
池河
57
双桥集
长丰县 七里塘
窑口集
朱家集
曹庵
90
瓦
47
建设乡
朱湾
红桥
68
岱山乡
仁和
90
九子集
耿巷集
高塘
老人仓
下马铺
堰口集
D 80 老庙集
江黄城
埠
瓦埠镇 湖
向82东乡
新兴
永丰
杜85 集
吴家圩 防修乡
《重力勘探理论基础》PPT课件
重力勘探基础部分要求回答的问题:
1. 什么是重力勘探？ 2. 地球重力场组成和有什么特征? 3. 重力场的场源是什么?与重力场的关系? 4. 重力异常的概念与重力场的关系? 5. 4. 地球重力场受哪些因素影响?遵循哪些规律?
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第一章 重力勘探基础
一、重力勘探概述 二、地球的重力场
● 重力.重力加速度 ● 重力场和重力位
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一、重力勘探概述
1、定义 重力勘探是利用地球内部各种岩(矿)石间因密度差 异而引起的重力场变化来查明地质构造和寻找有用 矿产的一种地球物理勘探方法。
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一、重力勘探概述
2、应用领域
重力测量的应用范围十分广泛
1）构造类 ＊ 利用重力资料可以圈定具有油气远景的沉积岩内部构造、
沿船测重力航线，测高重力异常与 船测重力异常比较之标准偏差
测高重力异常与32条船测重力航线的相对重力结果直接比较，平均标准偏 差为±1.63 mGal，最大为± 2.92 mGal，最小为±0.69 mGal。绝大部分测线 标准偏差小于±2.0 mGal，可以认为这个结果已经达到了目前的船测重力精 度（±1.0-2.0 mGal）。
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卫星测高重力场与船 测重力航线比较 23
Free gravity anomaly differences between Altimetry and ship (mGal)
8 4 0 -4 -8
18 6 4 2 0 -2 -4 -6
18.8 8 4 0 -4 -8
专业课导论-重力
目的在于确定地层或岩、矿体的产状特征。
比例尺及测网应根据工作任务、探测对象的规模及异常特
征而定。测线应尽量垂直于探测对象的走向，探测对象大致 位于测区的中心。普查时应至少有两条测线，每条测线至少 有两个测点通过异常；详查时应有3～5条测线，每条测线有5 ～10个测点通过异常；细测的点、线距应能反映异常的细节 ；预查是沿交通线做的路线测量，要求平面图上每平方厘米 有1～2个测点。
特别注意：引起重力异常的必要条件是岩层密度必须在横 向上有变化，对于一组横向上密度均匀分布的岩层，则无 论它们在纵向上密度变化有多大，也不能引起重力异常。 要获得探测对象产生的重力异常，一般应具备如下条件： （1）必须有密度不均匀体存在，即探测对象与围岩间要 有一定的密度差。
第二，仅有密度不均匀体的分布，并不一定能产生重力异 常。密度不均匀体还必须沿水平方向有密度变化，才能引 起重力异常。
七、重力异常的转换处理
重力异常的迭加 两个以上地质体引起的叠加异常，在形态、幅值和范围上，不同于
单个地质体引起的异常，下面以单斜异常与球体异常的叠加异常为例 说明 。
重力异常的分离 重力异常可分为区域异常和局部异常。 区域异常：分布较广的中深部地质因素引起的重力异常，
其特征是异常幅值较大，异常范围也较大， 但异常梯度小。 局部异常：相对区域因素而言，范围有限的研究对象（如 构造矿产）引起的范围和幅值较小的异常，但 异常梯度相对较大。局部异常也称剩余异常。 注意：区域异常和局部异常是相对而言的，没有绝对的划 分标准，应视研究的问题而言。
正演：给定地下某种地质体的形状、产状和剩余密度等，通过 理论计算求取它在地面或空间范围内引起的异常大小、特征和 变化规律等，即“由源求场”。
重力勘探-基础理论
第一章 重力勘探的基础理论§1.1 地球重力场一、重力的概念1、万有引力作用：221rm m GF = （1-1）式中：G 为万有引力常数。
在SI 制(国际单位制)中，)/(10672.62311s kg m G ⋅⨯=-(米3／(千克·秒2))。
2、惯性离心力质量为m 的质点在自转的地球上要受到惯性离心力C 的作用，C 的大小与地球自转角速度ω的平方和该质点到自转铀的距离及成正比，其模量为Rm C 2ω= （1-2）3、重力加速度--重力场强度mP g /= （1-3）重力场强度：表示单位质量所受的重力。
空间某点的重力场强度，无论在数值或量纲上都等于该点的重力加进度，且二者的方向也一致。
重力勘探中常用“重力”代表重力加速度或重力场强度。
4、单位1）在国际单位制（SI ）中，重力的单位为米/秒2（m/s 2），以它的百万分之一作为国际通用重力单位(gravity unit)，用g.u.表示，即1 g ．u ．=10-6m/s 22）在CGS 制(厘米·克·秒制)：1cm/s 2作为重力的一个单位，称为“伽”(Gal)1Gal=103mGal=106µGal=1cm/s 2两种单位的换算关系为1 g ．u ．=10-1mGal二、重力场的数学表达式1、引力场rr rdm GF d ⋅=2)/(10672.62311s kg m G ⋅⨯=-⎰=Vrdm G F 22、离心力场LC 2ω=222zy x g g C F g ++=+=⎰+-=Vx xdm rxG g 23ωξ⎰+-=Vy ydm ryG g 23ωη⎰-=Vz dmrzG g 3ζ3、重力位场中某点的重力位W 应等于单位质量的质点由无穷远移至该点时场力所作的功。
1）引力位⎰=Vrdm G V2）离心力位)(21222y x U +=ω3）重力位UV W +=kg j g i g gradWg z y x ++==4）重力位的导数xg zg zx W W z x xz ∂=∂=∂∂∂=三、重力等位面1、等重力位面：就是由重力位等于C （常数）的一切点所构成的曲面，其上任一点的重力方向皆与过该点的曲面的法线方向重合。
重力勘探的理论基础
（1.1.5）
v
式中 r 为从自转轴到场点的 垂直矢径，地球自转的角速 度ω=2π/86164，SI制中C 的单位也为牛顿（N）。
C
r
（华东）
惯性离心力
• 地球上，各点的转动角速度是相同的，而转动半径 是不同的，地球表面各点的转动半径是其所处纬度 圈的半径，即：
r R cos
惯性离心力
式中 为纬度。 由于纬度的变化，同样 质量的物体，在赤道上 所受的离心力最大，随 纬度升高而逐渐减小， 到两极减小为零。
（华东）
地球的形状（续）
h r
R
R
• 这里假定目击者视点与视野最远点的连线为地面的 切线。根据几何关系，目击者高度 h ，最大视野 r 和地球半径 R 之间满足关系： • （1.1.1） ( R h) 2 R 2 r 2
（华东）
地球的形状（续）
• 从中可以得出地球半径的估算式： r 2 h2 • （1.1.2） R 2h • 取h=1.65m，r=4.6km，可得地球半径的估计值 R=6412km，与实测值（6376km）非常接近。 • 随着航天科技的发展，人类可以从宇宙空间给地球 拍照或直接观测，证实了地球确实为球体。
（华东）
（2）地幔
• 自地壳底界向下至约2900km深的范围内为地幔， 地幔也可分为两层。 • 地幔的上层（上地幔）主要是辉长岩-玄武岩类和 橄榄岩-苦橄岩类，地幔的下层（下地幔）主要是 铁镍等金属氧化物。 • 地幔各处的密度均大于3.3g/cm3，并且随深度的加 深而增大。一般认为上地幔平均密度为3.5g/cm3， 下地幔平均密度为5.1 g/cm3。 • 地壳和地幔的密度差大于0.4g/cm3，是全球最主要 的密度分界面，称为莫霍洛维奇(A.Mohorovicic) 界面，简称莫霍面或莫氏面。
重力勘探2012.
地球重力场
图1地球外部任一点单位质量所受的力
地球重力场
地球全部质量M E对质量为m的物体的引力可根据牛顿万 有引力定律来计算
F
1)
式中R为地心至m处的矢径，负号表示F与R方向相反，G
为万有引力常数。G的数值牛顿在世时并未确定，而是
1798年由卡文迪什在实验室里首先测出的。G的公认值在
（二）重力随时间的变化 重力随时间的变化分为短周期变化和长周
期变化。 短周期变化与天体运动有关。
1）日、月相对位置的改变，使其对地球上某点 的引力不断变化，从而造成重力的变化。 2）引力的变化可以引起地壳变形，即固体潮， 也会造成重力的变化。
长周期变化与地壳内部物质变动及构造运 动有关。
（三）重力异常
3、重力仪主要技术指标
❖ （1）灵敏度（能读出最小值） ❖ （2）准确度（系统误差） ❖ （3）精确度（偶然误差） ❖ （4）稳定性（零点飘移） ❖ （5）一致性（不同仪器观测结果是否一致）
二、重力勘探工作方法
❖ （一）重力工作的程序 ❖ （二）重力工作设计 ❖ （三）重力野外工作 ❖ （四）资料整理、综合研究、报告编写 ❖ （五）异常验证、再解释
国际（SI）单位制中是 6.67 1011m3/kg • s2 ；在常用（CGS） 单位制中是 6.67 10 8 cm3/g • s2 。它在数值上等于质量各 1g、中心相距1cm的两个质点之间的作用力。在SI单位制 中力的单位是牛顿（N）、1N=105dyn（达因）。
若地球自转角速度为 ω ，有A点到地球自转轴的垂直 距离为r。根据力学知识，A点m质量的物体所受到的惯性
四、岩（矿）石的密度
第二节 重力仪及重力勘探工作方法
第一篇---重力勘探1章
一、教材大纲序波场与介质之间的关系及相互作用；地球物理勘探各种方法的理论基础、勘探原理；地球物理勘探主要方法的基本任务和作用；普通物探的方法原理、能解决的问题和油气勘探及其它地学研究中的作用。
前言第一篇重力勘探地球的重力场；岩（矿）石的密度分布特征；重力仪器及工作方法简介；重力观测数据的整理及异常计算的方法和物理意义；地质体重力异常的正演计算方法、典型地质体重力异常特征；重、力异常反演方法简介；重力异常处理方法、作用和意义简介；重力资料的地质解释及重力勘探的应用。
第一章重力勘探基础第一节地球的重力场第二节岩矿石的密度第三节重力异常第二章重力勘探仪器和测量方法第一节重力测量仪器第二节重力测量方法第三节重力资料的整理第三章重力资料处理和解释方法第一节重力异常提取和均衡重力异常第二节重力勘探的正问题第三节重力勘探的反问题第四节重力异常的分离和地质解释第四章重力勘探资料的应用第二篇重力勘探基础第一节重力和重力加速度第二节正常重力和重力异常第三节岩石的密度第五章重力勘探仪器和测量方法第一节重力测量的工作原理第二节常用的重力仪第三节重力测量的工作方法第六章重力资料整理和重力异常计算第一节重力测量基点网平差第二节重力测量数据的校正第三节重力异常的计算和图示第七章重力勘探的正反演问题第一节计算重力异常的基本数学方法第二节规则形体重力异常的正反演问题第三节不规则形体重力异常的正反演问题第八章重力异常数据的处理方法第一节重力异常数据的预处理第二节重力异常数据的解析延拓和导数计算第三节重力异常数据的频谱分析第四节带地形重力异常数据的“曲化平”计算方法第九章重力异常的地质解释及应用第一篇重力勘探重力勘探是根据地球重力场研究地球构造及寻找矿产资源的一门地球物理学科或地球物理方法。
在油气勘探中，重力勘探主要用于普查，在深部地质结构研究中还经常用于约束地震解释结果。
重力勘探是一种天然源勘探方法，成本相对较低，其主要研究对象是重力场在空间的分布，特别是由地质构造及矿产资源这些密度（质量）分布不均匀因素引起的重力变化，即重力异常。
重力勘探的理论基础分解
地球物理勘探之重力勘探
重力场；
③正常重力值在赤道处最小．而在两极处数值最大，相差约
②正常重力值只与计算点的纬度有关，沿经度方向没有变化；
5万g.u
④正常重力值沿纬度方向的变化率与纬度有关，在纬度 45°处的变化率最大(不是线性变化) ⑤正常重力值随高度增加而减小，其变化率约为-3.086 g.u ／ m。
（二）重力场随时间的变化（长期变化和短期变化）
测量出两点间的重力差值。
日常生活中使用的弹簧秤从原理上说就是一种简单的重力仪。 弹簧原始长度S0，弹力系数K，挂上质量为m的物体，弹簧长度为 Sx则：
mg k (Sx S0 )
k g g 2 g1 ( S 2 S1 ) c s m
如果将该系统分别置于重力值为g1、g2的两点上，则弹簧对 应长度为S1和S2
一致性试验是测定各台重力仪测定重力值的一致性情况，
CHZ海洋重力仪能在垂直加速度500伽 和水平加速度200伽的恶劣海况下正 常工作，其测量精度优于1毫伽。 投放海底重力仪
L& R SII型空-海重力仪是当今 世界上最为完美的重力仪之一。
二、影响重力仪观测精度的因素
(1)温度影响 (3)电磁力影响 (5)零点漂移 (2)气压影响 (4)安置状态不一致的影响 （6）震动的影响
或者呈层分布，而各层的密度是均匀的．且各层界面都是共焦点 的旋转椭球面。 这样，其表面上各点 的重力位便可根据其形状大 小、质量、密度、自转的角 速度及各点所在的位置等计 算出来。在这种条件下的重
力位就称为正常重力位，求
得的相应重力值就称为正常 重力值。
计算公式： （1）赫尔默特公式（多用于测绘部门）
W( x , y , z ) G
1 2 2 w (x y2 ) 2 ※ 当 s 与 g 的方向垂直时，
重力勘探的名词解释
重力勘探的名词解释重力勘探是一种地球物理勘探方法，旨在通过测量地球的重力场变化来研究地下的结构和性质。
这种方法借助于地球重力场的微弱变化来推断地下的物质分布，从而揭示地下的地质构造和矿藏等信息。
在本文中，我将对重力勘探进行深入的名词解释，包括它的基本原理、应用领域和测量技术。
一、基本原理重力勘探的基本原理是根据物体之间相互吸引的引力作用来推断地下物质的分布情况。
根据普遍万有引力定律，物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
因此，如果地下存在质量分布不均匀的物体，例如矿产、岩石体等，将会在地球表面引起微弱但可测量的重力场变化。
为了测量这种重力场变化，研究人员使用重力仪器来记录地球表面上的重力数据。
通常情况下，重力数据以重力加速度（单位：米/秒²）的形式给出。
通过在地表不同位置测量重力加速度的变化，可以得到不同地区的重力梯度，从而揭示地下质量分布的特征。
二、应用领域重力勘探在各个领域都有广泛的应用。
首先，它在地质勘探中起到关键作用。
通过测量地下的质量分布，可以推断出不同地区的地质构造，包括断层、褶皱、火山体等。
这对于石油和矿产资源的勘探和开发至关重要。
重力勘探还在勘探钻井和地下水储量评估等领域中发挥重要作用。
其次，重力勘探在工程勘察和地质灾害评估中也有广泛应用。
通过测量地下质量的变化，可以评估土壤的稳定性和地层的承载能力，从而指导工程建设和地质灾害的防治。
此外，重力勘探在大地测量和地球物理学中也有应用。
通过测量地球重力场变化，可以研究地球的内部结构和大尺度的地壳运动，从而为地球科学的研究提供重要数据。
三、测量技术为了测量地球表面的重力场，研究人员使用重力仪器进行地面测量。
重力仪器的主要类型包括测重仪和加速度计。
测重仪是一种基于弹簧平衡原理的仪器，用于测量物体的重力。
当测重仪处于水平状态时，测得的重力值即为重力加速度的近似值。
测重仪具有高精度和稳定性，广泛用于科学研究和地理勘测。
物理勘探的基本原理与方法综述讲解
地球物理勘探方法综述一、重力勘探重力勘探是地球物理勘探方法之一，它主要研究地球表面及其周围空间重力变化现象。
地表及其周围空间重力变化原因之一是由于地球内部各种岩石密度的不同而引起的，而岩石密度不均往往与地下地质构造、矿产分布等地质因素有关。
由于某种地质原因或矿产赋存而引起的重力变化称重力异常。
通过研究重力异常的变化特征，从而得到地下地质构造、岩石分布和矿产赋存的地球物理信息，这就是重力勘探的实质和任务。
1重力勘探的理论基础1.1重力场重力是经典物理学中的基本概念。
当地球表面及其周围空间存在有质量的物体时，就要受到地球质量对它的引力作用，以及地球自转而使它产生的离心力的作用，两者的合力就是这一物体所受的重力。
如图，F表示地球引力，C表示离心力，P表示重力，则P=F+C。
显然，重力场是引力场和离心力场的叠加。
物体所受重力的大小不仅和物体在重力场的位置有关，而且和其质量m小有关。
按照场强定义，重力场强度（P/m）即单位质量所受的重力大小。
重力场强度和重力加速度概念不同，但其数值和量纲完全相同，方向也一致。
地球物理勘探中所谓的重力测量，也就是重力加速度或者重力场强度的测量。
一般的，将地球的大地水准面作为一个理想的椭球面，根据地球的大小，质量、扁度、自转角速度计算出大地水准面上不同位置的重力值，把这种重力值的分布称为正常重力场。
1979年国际地球物理及大地测量学会确定推荐的国际正常重力公式：g0=978032.7（1+0.0053024sin2φ-0.0000075sin22φ）（×10-5m/s2）1.2 重力异常地表重力值是随着地点和时间不同而变化的。
根据地表重力变化来进行地质构造和矿产勘查是重力勘探的基本内容。
影响地表重力变化的因素主要包括：纬度、海拔、地形、地球的潮汐以及地球内部密度不均。
其中地球密度的非均一和各种地质构造、矿产分布有密切联系。
重力的变化我们称之为重力异常，分为绝对重力异常和相对重力异常。
重力勘探-基础理论
第一章 重力勘探的基础理论§1.1 地球重力场一、重力的概念1、万有引力作用：221rm m GF = （1-1）式中：G 为万有引力常数。
在SI 制(国际单位制)中，)/(10672.62311s kg m G ⋅⨯=-(米3／(千克·秒2))。
2、惯性离心力质量为m 的质点在自转的地球上要受到惯性离心力C 的作用，C 的大小与地球自转角速度ω的平方和该质点到自转铀的距离及成正比，其模量为Rm C 2ω= （1-2）3、重力加速度--重力场强度mP g /= （1-3）重力场强度：表示单位质量所受的重力。
空间某点的重力场强度，无论在数值或量纲上都等于该点的重力加进度，且二者的方向也一致。
重力勘探中常用“重力”代表重力加速度或重力场强度。
4、单位1）在国际单位制（SI ）中，重力的单位为米/秒2（m/s 2），以它的百万分之一作为国际通用重力单位(gravity unit)，用g.u.表示，即1 g ．u ．=10-6m/s 22）在CGS 制(厘米·克·秒制)：1cm/s 2作为重力的一个单位，称为“伽”(Gal)1Gal=103mGal=106µGal=1cm/s 2两种单位的换算关系为1 g ．u ．=10-1mGal二、重力场的数学表达式1、引力场rr rdm GF d ⋅=2)/(10672.62311s kg m G ⋅⨯=-⎰=Vrdm G F 22、离心力场LC 2ω=222zy x g g C F g ++=+=⎰+-=Vx xdm rxG g 23ωξ⎰+-=Vy ydm ryG g 23ωη⎰-=Vz dmrzG g 3ζ3、重力位场中某点的重力位W 应等于单位质量的质点由无穷远移至该点时场力所作的功。
1）引力位⎰=Vrdm G V2）离心力位)(21222y x U +=ω3）重力位UV W +=kg j g i g gradWg z y x ++==4）重力位的导数xg zg zx W W z x xz ∂=∂=∂∂∂=三、重力等位面1、等重力位面：就是由重力位等于C （常数）的一切点所构成的曲面，其上任一点的重力方向皆与过该点的曲面的法线方向重合。
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地球的形状（续）
h r
Байду номын сангаас
R
R
• 这里假定目击者视点与视野最远点的连线为地面的 切线。根据几何关系，目击者高度 h ，最大视野 r 和地球半径 R 之间满足关系： • （1.1.1） ( R h) 2 R 2 r 2
（华东）
地球的形状（续）
• 从中可以得出地球半径的估算式： 2 2 r h • （1.1.2） R 2h • 取h=1.65m，r=4.6km，可得地球半径的估计值 R=6412km，与实测值（6376km）非常接近。 • 随着航天科技的发展，人类可以从宇宙空间给地球 拍照或直接观测，证实了地球确实为球体。
（华东）
发展历程及现状
• 对重力现象的研究始于15世纪后半期，伽利略从 大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它所经历 的时间的平方成正比，而与其重量无关。里歇在在 利用摆钟进行天文观测时发现：重力加速度在世界 各地并非恒值。牛顿和惠更斯指出：这种现象与地 球是旋转椭球体的推论相符。20世纪初，厄缶发 明了测量重力变化率的扭秤，标志着重力勘探的诞 生。 • 我国的重力勘探始于20世纪50年代，现已将全国 的地台区和海域的隆起、坳陷划分完毕。 • 高精度重力勘探正在矿产资源勘探及其他应用领域
地球是太阳系 九/八大行星 之一，按离太 阳由近及远的 次序为第三颗。 它有一个天然 卫星--月球， 二者组成一个 天体系统--地 月系统。
（华东）
地球的运动
• 地球就像一只陀螺，沿着自转轴自西向东不停地旋 转，自转周期为23小时56分4秒，约等于24小时。 • 同时，地球还围绕太阳公转，公转周期约为365.25 天，公转轨道是椭圆形。
• 但是由于各种实际的需要，又必须对地球的形状加 以描述。所有对地球形状的规则性的描述都是对实 际形状的近似。
（华东）
大地水准面
• 虽然地球表面最高点（珠穆朗玛峰）海拔8848m， 最深处（马里亚那海沟）在水下10830m，相对高 差近20km，但与整个地球半径的尺寸相比仍是很 小的，只有不到1/300，因而在宏观上将地球近似 为表面光滑的规则形体还是很有实际意义的。 • 大地测量学中规定：以平静海平面的趋势延伸到各 大陆之下所构成的封闭曲面，即大地水准面的形状 作为地球的基本形状。
（华东）
太空中的地球
• 幽暗太空中的一个蓝色为主的球形天体。蓝色为海洋、 湖泊等水体，占多数；绿色、土黄色为陆地，占少数； 外部还有大气圈和磁层，形成外套。
（华东）
地球表面起伏
• 地球表面约70%的面积被水覆盖，陆地面积大约 占30%，无论陆地还是海底，地形都有高低起伏， 十分复杂，且处于不断变化之中，精确地描述地球 的形状是根本不可能的，也是完全没有必要的。
（华东）
大地水准面的近似形状
大地水准面的形状也是不规则的，可以有不同程度的 近似： • 一级近似：正球体
– 平均半径：Rav=6376km
• 二级近似：旋转椭球体
– 赤道半径：Re=6378.160km – 极半径： Rp=6356.155km – 几何扁度：ε=(Re- Rp)/Re=1/290
轨道的半长径/轴 a=149,600,000km， 半短径/轴 b=149,580,000km， 半焦距 c=2,500,000km， 扁率 f=(a-b)/a=1/7480， 月球 偏心率 e=c/a=1/60。
c
太阳 b
（华东）
地球
a
地球的运动
• 地球公转轨道面称为黄道面，地轴与地球轨道面的 夹角为66°33’，因而黄道面与赤道面的夹角（黄赤 夹角）为23°27’。 • 这是地球上产生春夏秋冬四季的原因。
（华东）
重力勘探
• 内容提要
– – – – – – §1.1 重力勘探的理论基础 §1.2 重力异常的正、反问题 §1.3 重力仪 §1.4 野外重力测量及数据整理 §1.5 重力异常的数据处理 §1.6 重力异常的地质解释及应用
（华东）
§1.1 重力勘探的理论基础
• 内容提要
– – – – – §1.1.1 关于地球的基本知识 §1.1.2 引力、惯性离心力和重力 §1.1.3 引力位、离心力位和重力位 §1.1.4 正常重力和重力异常 §1.1.5 岩（矿）石的密度
23 27'
春
66 33'
冬 夏 秋
（华东）
地球公转的轨道和速度
地球公转的 角速度与其 轨道半径有 关，若半径 长则角速度 小，若半径 短则角速度 大，相同时 间内的半径 线扫过的面 积相等。
（华东）
地球的形状
• 对于我们身处的世界，人类曾有过错误的认识。许 多古老的民族都认为大地是平的，而自己所处的位 置是世界的中心，如中国古代神话中认为其东西南 北均为海洋，希腊罗马神话中也描述天有四角，各 有巨人（Atlas）以肩负天。 • 直到19世纪（日心说的建立和）牛顿建立起精确的 引力理论，人类的认识才走上科学的道路，认识到 世界是一个球体，并称之为地球。 • 实际上，地球的形状就体现在人类的感官中。在晴 朗的日子里，站在海边或平坦的原野，人的视野不 过4～5km，如果登高远眺，眼界就开阔许多，高 与远之间的关系就包含了地球的形状含义。
卫星观测资料表明大地水准面并非标准的椭球面，而 是在北极高出十余米，而在南极凹进二十余米，南 北两半球并不对称，因而更精确一步，大地水准面 近似为梨形体面。
第一章 重力勘探
重力勘探（gravity exploration）是以地壳中不同岩 （矿）石之间的密度差异为基础，通过观测和研 究天然重力场的变化规律，用以查明地下地质构 造和寻找有用矿产的物探方法。
应用领域：可以研究区域和深部地质构造，也可以 研究局部地质（密度）异常体。在油气勘探中主 要用于探查与油气生成、运移和聚集有关的各种 地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内部的 构造形态，盐丘、侵入体等局部地质现象，也可 以直接研究油气藏。
（华东）
§1.1.1 关于地球的基本知识
• 重力勘探的研究内容是地球重力场，其影响因素包 括内部质量（密度）分布、运动状态、相应的轨道 几何参数，以及邻近的天体等。 • 内容提要
– – – – – 地球在太阳系中的位置 地球的运动 地球的形状 地球的内部结构 相关的基本参数
（华东）
地球在太阳系中的位置